DE2828223A1 - ROTARY CONE VALVE - Google Patents
ROTARY CONE VALVEInfo
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- F16K1/00—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces
- F16K1/24—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with valve members that, on opening of the valve, are initially lifted from the seat and next are turned around an axis parallel to the seat
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Drehkegelventil nach dem Gattungsbegriff des Anspruches 1. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf solche Ventile, bei denen der Schließkörper um eine Achse rotiert, die senkrecht zu der Achse des Ventilsitzes verläuft und gegenüber dieser versetzt ist. Der Schließkörper wird durch einen Ventilantrieb angetrieben, der auf Grund bestimmter Werte eines Steuersignales eine bestimmte Stellung des Schließkörpers und somit einen bestimmten Durchfluß des Drehkegelventils bewirkt.The present invention relates to a rotary cone valve according to the preamble of claim 1. In particular, it relates The present invention relates to such valves in which the closing body rotates about an axis that is perpendicular to extends the axis of the valve seat and is offset from this. The closing body is operated by a valve drive driven, which on the basis of certain values of a control signal a certain position of the closing body and thus causes a certain flow rate of the rotary plug valve.
Bei bekannten Ventilen dieser Art wird der Schließkörper von einer Stützeinrichtung getragen, die ihrerseits mit einer Welle in Antriebsverbindung steht. Die Welle wird durch den Ventilantrieb um die erwähnte Rotationsachse gedreht, um den Schließkörper in eine gewünschte Stellung zu bringen. Diese Stellung entspricht dem bestehenden Wert des Steuersignales, beispielsweise einem steuernden Luftdruck, der dem Ventilantrieb zugeführt wird. Hierbei soll jedes solches Steuersignal eine entsprechende eindeutige Stellung des Schließkörpers und somit eine entsprechende geforderte Durchflußmenge des Fluides erzeugen. Ein typisches Beispiel eines solchen Ventils ist in der US-PS 3 963 211 dargestellt und beschrieben, und ein typisches Beispiel für einen entsprechenden Ventilantrieb kann der US-PS 3 985 entnommen werden.In known valves of this type, the closing body is carried by a support device, which in turn a shaft is in drive connection. The valve drive rotates the shaft around the aforementioned axis of rotation rotated to bring the closing body in a desired position. This position corresponds to the existing value the control signal, for example a controlling air pressure, which is fed to the valve drive. Here should each such control signal has a corresponding unique position of the closing body and thus a corresponding one Generate the required flow rate of the fluid. A typical example of such a valve is shown in U.S. Patent No. 3,963,211 shown and described, and a typical example of a corresponding valve drive can be found in US Pat. No. 3,985 can be removed.
Im Hinblick auf die bekannten Ventile hat es sich in der Praxis herausgestellt, daß der Ventilantrieb seine eindeutige Steuerfunktion hinsichtlich der Position des Schließkörpers für Stellungen desselben verliert, die in einem sogenannten unstabilen Steuerbereich liegen, der sich zwischen der Schließstellung und der Öffnungsstellung des Ventils befindet. Der Ort dieses unstabilen Bereiches hinsichtlich der Schließkörperbewegung variiert je nach der VentilausführungWith regard to the known valves, it has been found in practice that the valve drive is unique Control function in terms of the position of the closing body for positions of the same loses in a so-called unstable control range, which is located between the closed position and the open position of the valve. The location of this unstable area with regard to the closing body movement varies depending on the valve design
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und wird gewöhnlich durch die Drehstellung des Schließkörpers in Winkeigraden, ausgehend von der Schließstellung, angegeben.and is usually indicated by the rotational position of the closing body in angular degrees, starting from the closed position.
Wenn der Schließkörper in den unstabilen Bereich bewegt wird, so kann er mehr als eine Stellung bei einem bestimmten Wert des dem Antrieb zugeführten Luftdruckes einnehmen. Demzufolge ist für Stellungen des Schließkörpers in diesem Bereich die Schließkörperposition nicht länger eindeutig dem Wert des steuernden Luftdruckes zugeordnet, so daß die Schließkörperposition und somit der Grad der Ventilöffnung nicht länger steuerbar sind. Dies ist auf die bistabile Natur einer Drehkraft zurückzuführen, die das fließende Fluid an dem Schließkörper hervorruft und auf die Welle ausübt, wobei diese Kraft in einer sogenannten kritischen Position des Schließkörpers durch ein Minimum verläuft und das Minimum inmitten des unstabilen Bereiches liegt.If the closing body is moved into the unstable area, it can have more than one position at a certain value of the air pressure supplied to the drive. Accordingly, for positions of the closing body in this area, the Closing body position is no longer clearly assigned to the value of the controlling air pressure, so that the closing body position and thus the degree of valve opening can no longer be controlled. This is due to the bistable nature of a torque caused by the flowing fluid on the closing body and exerted on the shaft, this force runs in a so-called critical position of the closing body through a minimum and the minimum in the middle of the unstable area.
Da die Steuerung der Schließkörperposition durch den Antrieb in dem unstabilen Bereich nicht eindeutig möglich ist, ist es bei bekannten Ventilen bisher erforderlich gewesen, das Ausmaß der Ventilöffnung so zu beschränken, daß der Schließkörper den entsprechenden unstabilen Bereich nicht erreicht. Üblicherweise möchte man jedoch jedes Ventil so weit aufsteuern können, daß die volle Durchflußkapazität erreicht wird.Since the control of the closing body position by the drive is not clearly possible in the unstable area it has hitherto been necessary in known valves to restrict the extent of the valve opening so that the closing body does not reach the corresponding unstable area. Usually, however, you want to open every valve that far can ensure that the full flow capacity is achieved.
In der Vergangenheit ist bereits vorgeschlagen worden, die eingangs erwähnte Wirkung bekannter Ventile dadurch zu mildern, daß man die Kraft der dem steuernden Luftdruck entgegenwirkenden Feder des Ventilantriebs vergrößert. Hierdurch könnte der unstabile Bereich des Ventils etwas in Richtung auf eine größere Ventilöffnung verschoben werden. Andererseits führt jedoch diese Maßnahme zu einem erhöhten Kraftaufwand, den der Ventilantrieb entgegen der Federkraft ausüben muß, wodurch die Abmessungen des Ventilantriebs und dessen Kosten vergrößert werden.In the past it has already been proposed to mitigate the aforementioned effect of known valves by that one increases the force of the controlling air pressure counteracting spring of the valve drive. Through this the unstable area of the valve could be shifted somewhat towards a larger valve opening. On the other hand, however, this measure leads to an increased expenditure of force, which the valve drive against the spring force must exercise, whereby the dimensions of the valve drive and its cost are increased.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Drehkegelventil der eingangs genannten Art so auszubilden, daß es über einen weiten Öffnungsbereich stabil regelbar ist und eine hohe Durchflußkapazität aufweist, wobei diese Durchflußkapazität nicht nur auf die erzielbare üffnungsstellung, sondern auch auf die konstruktive Ausgestaltung des Schließkörpers und seiner Lagerung zurückzuführen ist. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.It is therefore the object of the present invention to provide a To design rotary cone valve of the type mentioned at the outset in such a way that that it can be regulated in a stable manner over a wide opening range and has a high flow capacity, this being the case Flow capacity not only on the achievable opening position, but also on the structural design of the closing body and its storage is due. The solution to this problem is achieved according to claim 1 marked invention. Further advantageous refinements of the invention can be found in the subclaims.
Das erfindungsgemäße Drehkegelventil weist einen mit der Stützeinrichtung für den Schließkörper verbundenen Flügel auf. Dieser Flügel ist so angeordnet und weist eine solche Form auf, daß er eine Drehkraft auf die Welle des Schließkörpers bei einem fließenden Fluid erzeugt. Diese Drehkraft wirkt mit der zuvor erwähnten durch den Schließkörper erzeugten Kraft zusammen und verschiebt den unstabilen Bereich weiter von der Schließstellung des Ventils hinweg, wodurch der Bereich der steuerbaren Schlxeßkörperstellungan erweitert wird. Darüber hinaus stört der Flügel bei Erfüllung der beabsichtigten Funktion den Fluiddurchfluß nur minimal.The rotary cone valve according to the invention has a wing connected to the support device for the closing body on. This wing is arranged and has such a shape that it exerts a rotating force on the shaft of the closing body generated in a flowing fluid. This rotational force acts with the aforementioned generated by the closing body Force together and shifts the unstable area further away from the closed position of the valve, whereby the range of controllable locking body position is expanded. In addition, the wing interferes with the fulfillment of the intended Function the fluid flow only minimally.
Anhand eines in den Figuren der beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles sei die Erfindung im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:Based on one shown in the figures of the accompanying drawings Exemplary embodiment, the invention is described in more detail below. Show it:
Fig. 1,2 und 3 entsprechende Ansichten von vorne, oben und von der Seite hinsichtlich einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei es sich teilweise um Schnittansichten handelt und der Schließkörper sich in seiner Schließstellung befindet;Fig. 1, 2 and 3 corresponding views from the front, above and from the side with respect to a preferred embodiment of the present invention, some of which are sectional views acts and the closing body is in its closed position;
Fig. 4 eine teilweise geschnittene Ansicht einesFig. 4 is a partially sectioned view of a
typischen druckluftbetriebensn Ventilantriebs für die Bewegung des Schließkörpers des Ventils gemäß den Fig. 1 bis 3;typical pneumatically operated valve drive for moving the closing body of the valve according to FIGS. 1 to 3;
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Fig. 5 eine Seitenansicht ähnlich derjenigen gemäß Fig. 3, jedoch mit dem Schließkörper in der geöffneten Stellung; undFIG. 5 shows a side view similar to that according to FIG. 3, but with the closing body in the open position; and
Fig. 6 eine Reihe von Diagrammen zur Veranschaulichung der Wirkungsweise des Ventils bei Steuerung durch den gezeigten Ventilantrieb.6 shows a series of diagrams to illustrate the operation of the valve in Control by the valve drive shown.
Gemäß den Figuren 1 bis 3 v/eist das Ventil ein Gehäuse 1 auf, welches einen Fluid-Durchflußweg 3 definiert. Ein Sitz 5 ist innerhalb des Gehäuses 1 befestigt, wobei seine Achse im v/esentlichen mit der Achse des Fluid-Durchflußweges 3 zusammenfällt. Die Befestigung des Sitzes erfolgt über einen Spannring 7. Gemäß den Figuren 1 und 3 weist der Ventilsitz 5 eine hohlzylindrische Form auf, wobei ein Endteil so geformt ist, daß er einen ringförmigen Stützteil 9 bildet, und der gegenüberliegende Endteil so geformt ist, daß er einen starren ringförmigen Sitzteil Π bildet. Die beiden Teile 9 und 11 sind über einen ringförmigen nachgiebigen Verbindungstell 13 miteinander verbunden. Der Spannring 7 sichert den Sitz 5 innerhalb des Gehäuses 1, indem er den Stützteil 9 gegen eine in dem Gehäuse 1 gebildete Schulter 15 andrückt.According to FIGS. 1 to 3, the valve has a housing 1 which defines a fluid flow path 3. A seat 5 is fixed inside the housing 1, with its axis in the main coincides with the axis of the fluid flow path 3. The seat is fastened by means of a clamping ring 7. According to FIGS. 1 and 3, the valve seat 5 has a hollow cylindrical shape, one end portion being shaped to form an annular support portion 9, and the opposite end portion is shaped so that it forms a rigid annular seat part Π. The two parts 9 and 11 are Via an annular flexible connection 13 with one another tied together. The clamping ring 7 secures the seat 5 within the housing 1 by the support part 9 against one in the Housing 1 formed shoulder 15 presses.
Die Schließeinrichtung 17 des Ventils umfaßt einen Schließkörper 19, sov7ie diesen tragende Stützeinrichtungen 21 und Die Stützeinrichtung 21 besteht aus einem Ringteil 25, der mit dem Schließkörper 19 über einen Arm 27 verbunden ist. In gleicher Weise umfaßt die Stützeinrichtung 23 einen Ringteil 29 und einen hrm 31, der den Ringteil 29 mit dem Schließkörper 19 verbindet. Der Ringteil 25 ist auf einem Wellenstummel 33 gelagert und kann auf diesem rotieren, wobei der Wellenstummel 33 in einer Bohrung 35 des Gehäuses 1 befestigt ist. Eine Ringscheibe 37 umgibt den Wellenstummel 33 und hält den Ringteil im Abstand von der Innenwand des Gehäuses 1.The closing device 17 of the valve comprises a closing body 19, as well as supporting devices 21 and carrying it. In the same way, the support device 23 comprises a ring part 29 and an HRM 31 which connects the ring part 29 to the closing body 19. The ring part 25 is mounted on a stub shaft 33 and can rotate thereon, the stub shaft 33 being fastened in a bore 35 of the housing 1. An annular disk 37 surrounds the stub shaft 33 and keeps the annular part at a distance from the inner wall of the housing 1.
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Der Ringteil 29 sitzt auf dem Ende einer Welle 39 und ist über einen Keil 41 mit dieser verkeilt, was in Fig. 3 ersichtlich ist. Die Welle 39 ist in einer Hülse 43 rotierbar gelagert, wobei die Hülse 43 in eine Bohrung des Gehäuses 1 eingesetzt ist. Die Welle 39 rotiert um eina Achse, die mit der Achse des Wellenstummels 33 zusammenfällt und die senkrecht zu der Achse des Ventilsitzes 5 gerichtet und gegenüber dieser versetzt ist.The ring part 29 sits on the end of a shaft 39 and is wedged therewith via a wedge 41, which can be seen in FIG. 3 is. The shaft 39 is rotatably mounted in a sleeve 43, the sleeve 43 being inserted into a bore in the housing 1 is used. The shaft 39 rotates about an axis which coincides with the axis of the shaft stub 33 and which is perpendicular is directed to the axis of the valve seat 5 and offset from this.
Ein Flügelglied 45 ist zwischen den Stützeinrichtungen 21 und 23 befestigte Insbesondere umfaßt das Flügelglied 45 einen Flügelteil 47, der an einem Ende in einem Verbindungsteil 49 endet, welcher mit dem Ringteil 25 befestigt ist. Das gegenüberliegende Ende des Flügelteiles 47 endet in einem Verbindungsteil 51, der mit dem Ringteil 29 befestigt ist. Wie am besten aus Fig. 3 hervorgeht, ist der Flügel 47 innerhalb des Durchflußweges 3 angeordnet und weist die Bauform einer Traverse auf, deren Längsachse sich zwischen den Teilen 49 und 51 und senkrecht zu der Achse des Durchflußweges 3 erstreckt. Wie ebenfalls am besten der Fig. 3 entnommen v/erden kann, besitzt der Flügel 47 einen Querschnitt in Form eines Ovales bzw. einer flachen Raute mit abgerundeten Ecken.A wing member 45 is fastened between the support devices 21 and 23. In particular, the wing member 45 comprises a wing part 47 which ends at one end in a connecting part 49 which is fastened to the ring part 25. The opposite end of the wing part 47 ends in a connecting part 51 which is fastened to the ring part 29. As can best be seen from Fig. 3, the wing 47 is arranged within the flow path 3 and has the design a traverse, the longitudinal axis of which extends between the parts 49 and 51 and perpendicular to the axis of the flow path 3. As can also be best seen in FIG. 3, the wing 47 has a cross section in the form of a Oval or a flat diamond with rounded corners.
Der Ventilantrieb gemäß Fig. 4 dient dem Antrieb der Welle 39 des Ventils gemäß den Fig. 1 bis 3, um die Stellung des Schließkörpers 19 gemäß dem Wert eines dem Ventilantrieb zugeführten steuernden Luftdruckes zu verändern. Zu diesem Zweck erstrecken sich die Welle 39 und die Hülse 43 von dem Ventilgehäuse 1 in ein Gehäuse 53 des Ventilantriebs, wobei ein Teil des Gehäuses 1, der die Hülse 43 und die Welle 39 umschließt, mit der Außenwand des Gehäuses 53 verbunden sind, was aus Fig. 4 hervorgeht.The valve drive according to FIG. 4 is used to drive the shaft 39 of the valve according to FIGS. 1 to 3 to adjust the position of the closing body 19 to change in accordance with the value of a controlling air pressure supplied to the valve drive. To this end, extend the shaft 39 and the sleeve 43 move from the valve housing 1 into a housing 53 of the valve drive, with part of the housing 1, which surrounds the sleeve 43 and the shaft 39, are connected to the outer wall of the housing 53, as can be seen from FIG.
Außer dem Gehäuse 53 umfaßt der Ventilantrieb gemäß' Fig. 4 ein Membrangehäuse 55, das eine Membran 57 enthält. Die Membran ist mit dem oberen Ende einer Stange 59 befestigt, wobei diese Stange am unteren Ende einen Schlitz 61 aufweist. Ein EndeIn addition to the housing 53, the valve drive according to FIG. 4 comprises a membrane housing 55 which contains a membrane 57. The membrane is attached to the upper end of a rod 59, this rod having a slot 61 at the lower end. An end
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eines Hebels 63 greift in den Schlitz 61 ein und ist mit der Stange 59 gelenkig verbunden. Das andere Ende des Hebelarmes 63 ist mit dem Ende der Welle 39 befestigt, das sich in das Gehäuse 53 erstreckt. Der Aufbau ist so getroffen, daß eine Abwärtsbewegung der Stange 59 den Arm 63 ebenfalls abwärts bewegt und hierdurch eine Rotation der XVeile 39 im Gegenuhrzeigersinn hervorruft, wenn man von rechts von dem Ventilantrieb zu dem Ventil schaut. Diese Betrachtungsrichtung sei nachstehend einfach als "in Richtung auf das Ventil" bezeichnet. a lever 63 engages in the slot 61 and is articulated to the rod 59. The other end of the lever arm 63 is attached to the end of the shaft 39, which extends into the Housing 53 extends. The structure is such that a downward movement of the rod 59 the arm 63 also downward moves and thereby a rotation of the XVeile 39 in the counterclockwise direction when looking from the right of the valve drive to the valve. This direction of observation is hereinafter referred to simply as "towards the valve".
Die obere Wand des Membrangehäuses 55 ist mit einem Schraubanschluß 65 versehen, der mit einer Fluidkammer in Verbindung steht, die zwischen der oberen Wand und der Oberfläche der Membran 57 gebildet wird. Der Schraubanschluß 65 dient dem Anschluß einer. Luftleitung, über die dem Ventilantrieb der steuernde Luftdruck zugeführt wird. Die Größe des Luftdruckes legt die Stellung des Schließkörpers und somit den Öffnungsgrad des Ventils fest. Eine Feder 67 wirkt nach oben auf die ünterflache der Membran 57 ein, wobei deren Kraft der durch den steuernden Luftdruck auf die Membran ausgeübten Kraft entgegengesetzt ist.The upper wall of the diaphragm case 55 is screw-connected 65 which is in communication with a fluid chamber between the top wall and the surface of the Membrane 57 is formed. The screw connection 65 is used to connect a. Air line through which the valve drive of the controlling air pressure is supplied. The size of the air pressure determines the position of the closing body and thus the degree of opening of the valve. A spring 67 acts upwards on the ünterflache the membrane 57, the force of which is through the controlling air pressure on the diaphragm is opposite.
Das in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Ventil wird durch den Ventilantrieb 4 geschlossen, wenn der zugeführte Steuerluftdruck eine bestimmte Größe aufweist. Demzufolge wird bei einem bestimmten Maximalwert, der für das Schließen des Ventils ausreichend ist, die Membran 57 gegen die Wirkung der Feder 67 in ihre unterste Stellung bewegt. Bei dieser Stellung der Membran 57 nehmen die Stange 59 und der Arm 63 ebenfalls ihre unterste Stellung ein und die Welle 39 ist betrachtet in Richtung auf das Ventil - am weitesten im Gegenuhrzeigersinn gedreht. Bei dieser Drehstellung der Welle 39 nimmt der Schließkörper 19 gemäß den Fig. 1 bis 3 eine Stellung ein, in der das Ventil geschlossen ist.The valve shown in FIGS. 1 to 3 is closed by the valve drive 4 when the supplied control air pressure has a certain value. As a result, at a certain maximum value which is sufficient for closing the valve, the membrane 57 is moved against the action of the spring 67 into its lowest position. In this position of the diaphragm 57, the rod 59 and the arm 63 also assume their lowest position and the shaft 39 is viewed in the direction of the valve - rotated as far as possible in the counterclockwise direction. In this rotational position of the shaft 39, the closing body 19 according to FIGS. 1 to 3 assumes a position in which the valve is closed.
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Wenn der steuernde Luftdruck allmählich abnimmt r so stößt die Feder 67 entsprechend die Membran 57/ die Stange 59 und den Arm 63 nach oben, wodurch die Welle 39 - betrachtet in Richtung auf das Ventil - im Uhrzeigersinn gedreht wird. Hierdurch wird der Schließkörper 19 entsprechend im Uhrzeigersinn gedreht und bewegt sich aus seiner Schließstellung gemäß den Fig. 1 bis 3 in seine geöffnete Stellung gemäß Fig. 5. Fig. 5 zeigt den Schließkörper 19 in einer geöffneten Stellung, die hinsichtlich des dargestellten Ventils der größten Ventil-Öffnung entspricht. Wenn der Schließkörper 19 die in Fig. 5 dargestellte Position einnimmt, so kann angenommen werden, daß die Komponenten des Ventilantriebs die entsprechenden in Fig. 4 dargestellten Positionen einnehmen. Bei dieser Öffnungsstellung des Schließkörpers 19 erstreckt sich die Querabmessung des Flügels 47 im wesentlichen längs des Flußweges 3, wie dies aus Fig. 5 hervorgeht.When the controlling air pressure gradually decreases r so the spring 67 pushes the diaphragm 57 / rod 59 and the arm 63 upwards, whereby the shaft 39 - viewed in the direction of the valve - is rotated clockwise. As a result, the closing body 19 is correspondingly rotated clockwise and moves from its closed position according to FIGS. 1 to 3 into its open position according to FIG Valve opening corresponds to. When the closing body 19 assumes the position shown in FIG. 5, it can be assumed that the components of the valve drive assume the corresponding positions shown in FIG. In this open position of the closing body 19, the transverse dimension of the wing 47 extends essentially along the flow path 3, as can be seen from FIG.
Die Art und Weise, in der durch die zuvor beschriebene Ventilkonstruktion gegenüber bislang bekannten Konstruktionen ein bedeutend größerer Bereich steuerbarer Schließkörperstellungen erzielt werden kann, sei nunmehr beschrieben. Hierbei sei auf die Kurven gemäß Fig. 6 Bezug genommen. In diesem Zusammenhang sei angenommen, daß das Ventil in üblicher Weise in einer fluidführenden Leitung angeordnet ist, wobei das Fluid den Schließkörper vom Sitz her kommend anströmt, wie dies durch die Pfeile gemäß Fig. 5 angedeutet ist. Es sei ferner angenommen, daß ein steuernder Luftdruck dem Anschluß 65 des Antriebs zugeführt wird und daß die Stellungen des Schließkörpers 19 und somit der Grad der Ventilöffnung und die das Ventil durchfließende Fluidmenge durch den Wert dieses Luftdruckes vorgegeben werden.The way in which by the valve construction described above a significantly larger range of controllable closing body positions compared to previously known designs can be achieved will now be described. Reference is made here to the curves according to FIG. 6. In this context it is assumed that the valve is in the usual manner in a fluid-carrying Line is arranged, the fluid flowing against the closing body coming from the seat, as indicated by the arrows according to FIG. 5 is indicated. It is also assumed that a controlling air pressure is supplied to the connection 65 of the drive and that the positions of the closing body 19 and thus the degree of valve opening and the flow through the valve Fluid volume can be specified by the value of this air pressure.
In der folgenden Beschreibung seien der Welle 39 im Öffnungssinn des Ventils bzw. im Uhrzeigersinn zugeführte Drehkräfte einfach als Öffnungskräfte bezeichnet und die entgegengesetzten Kräfte als Schließkräfte. Ferner sei die Wirkungsweise des Ventils zunächst so beschrieben, als sei das Flügelglied 45In the following description, let the shaft 39 in the opening direction of the valve or clockwise applied rotational forces simply referred to as opening forces and the opposing forces as closing forces. Furthermore, the mode of operation of the Valve initially described as if the wing member were 45
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in dem Ventil nicht vorhanden, so daß sich das Ventil als herkömmliches Ventil darstellt und den zuvor beschriebenen unerwünscht eingeschränkten Steuerbereich aufweist. Im nachfolgenden sei sodann die überlegene Wirkungsweise des mit dem Flügelglied 45 ausgestatteten Ventils beschrieben.not present in the valve, so that the valve turns out to be represents a conventional valve and has the undesirably restricted control range described above. In the following the superior mode of operation of the valve equipped with the wing member 45 will then be described.
Co betrachtet umfassen bei der angenommenen typischen Situation die Kurven der Fig. 6 die gestrichelten Kurven 69, 71 und 73, die die bei Abwesenheit des Flügelgliedes 45 erhaltene Schließkörper-Positionssteuerung veranschaulichen. Fig. 6 umfaßt ferner die ausgezogenen Kurven 75, 77 und 79, die bei Anwesenheit des FiügelgliedeK 45, die den Kurven 69, 71 und 73 entsprechenden Bezielttingen darstellen. Die Fig. 6 umfaßt ferner eine Kurve 81 , die sowohl bsi vorhandenem, als auch bei nicht vorhandenem Flügelglied 45 für den Ventilbetrieb maßgebend ist.Co considered to include in the assumed typical situation the curves of FIG. 6, the dashed curves 69, 71 and 73, the closing body position control obtained in the absence of the wing member 45 illustrate. Fig. 6 also includes the solid curves 75, 77 and 79, which in the presence of the Wing membersK 45 corresponding to curves 69, 71 and 73 Represent target attachments. FIG. 6 also includes a curve 81, which is decisive for valve operation both when the wing member 45 is present and when the wing member 45 is not present.
Insbesondere zeigt die Kurve 81 die Beziehung zwischen der Stellung des Schließkörpers 19 und dem Viert der durch die Antriebsfeder 67 ausgeübten Öffnungskraft. Die Kurven 69 und 75 zeigen die Beziehung zwischen der Stellung des Schließkörpern 19 und dem Wert der durch das Fluid ausgeübten Öffnungskraft. Im Falle der Kurve 69 resultiert diese Kraft alleine aus dem Schließkörper 19, währenddem im Falle der Kurve 75 diese Kraft aus dem Schließkörper 19 und dem Flügel 47 resultiert. Die Kurven 71 und 77 zeigen die resultierende Öffnungskraft, die durch die Feder 67 und das Fluid ausgeübt wird. Schließlich zeigen die Kurven 73 und 79 die Beziehung zwischen der Stellung des Schließkörpers 19 und der Schließkraft, die durch den steuernden Luftdruck über die Membran 57 ausgeübt wird. Hinsichtlich der Kurven 69 bis 81 wurde die Stellung des Schließkörpers in Drehwinkelgraden, ausgehend von der Ventil-Schließstellung, ausgedrückt, wie dies bei der Beschreibung einer Ventilfunktion üblich ist.In particular, the curve 81 shows the relationship between the position of the closing body 19 and the fourth of the by the drive spring 67 opening force exerted. Curves 69 and 75 show the relationship between the position of the closing body 19 and the value of the opening force exerted by the fluid. In the case of the curve 69, this force results solely from the closing body 19, whereas in the case of the curve 75 this force results from the closing body 19 and the wing 47. the Curves 71 and 77 show the resulting opening force that exerted by the spring 67 and the fluid. Finally, curves 73 and 79 show the relationship between posture of the closing body 19 and the closing force generated by the controlling Air pressure is applied across the membrane 57. With regard to curves 69 to 81, the position of the closing body in Degrees of rotation, based on the valve closed position, expressed, as in the description of a valve function is common.
Es sei zunächst bei fehlendem Flügelglied 4 5 angenommen, daß sich der Schließkörper 19 in der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten O°-Stellung befindet, in der das Ventil geschlossenIn the absence of a wing member 4 5, it is initially assumed that the closing body 19 is in the position shown in FIGS O ° position is in which the valve is closed
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ist. Bei dieser Schließkörper stellung liegt der Schließkörper 19 dicht an dem Sitzteil 11 an und das Fluid wird am D.urchfluß durch das Ventil gehindert. Zu diesem Zeitpunkt übt dia Feder 67 eine Öffnungskraft mit einem Wert aus, der durch den Punkt 83 der Kurve 81 veranschaulicht ist, und das Fluid übt eine Öffnungskraft mit einem Wert aus, der durch den Punkt 85 der Kurve 69 veranschaulicht wird. Beide Öffnungskräfte üben eine resultierende Öffnungskraft mit einem Wert aus, der durch den Punkt 87 der Kurve 71 veranschaulicht ist. Die erwähnte geschlossene Stellung des Schließkörpers 19 wird zu diesem Zeitpunkt durch eine Schließkraft mit einem Wert aufrechterhalten, der durch den Punkt 89 der Kurve 73 veranschaulicht ist, wobei dieser Wert eine gleiche aber entgegengesetzte Größe wie der Wert 87 der Kurve 71 aufweist« Die durch die Kurve 73 dargestellten Schließkraftwerte entsprechen jenen Werten, die durch den steuernden Luftdruck erzeugt werden, der dem An9chluß 65 zugeführt wird. Hierbei werden Reibungskräfte vernachlässigt. Die Schließkraftkurve 73 ist daher ein Spiegelbild der öffnungskraftkurve 71.is. In this closing body position, the closing body 19 lies tightly against the seat part 11 and the fluid is flowed through the D. prevented by the valve. At this time, the spring 67 exerts an opening force with a value indicated by the point 83 of curve 81 is illustrated and the fluid exerts an opening force having a value indicated by point 85 of FIG Curve 69 is illustrated. Both opening forces practice one resulting opening force with a value which is illustrated by the point 87 of the curve 71. The mentioned closed one The position of the closing body 19 is maintained at this point in time by a closing force with a value which is illustrated by the point 89 of the curve 73, this value being the same but opposite of the magnitude Value 87 of curve 71 has «The clamping force values represented by curve 73 correspond to those values represented by the controlling air pressure, which is supplied to the connection 65, can be generated. Frictional forces are neglected here. The closing force curve 73 is therefore a mirror image of the opening force curve 71.
Es sei nun angenommen, daß der steuernde Luftdruck allmählich vermindert wird, wodurch die Schließkraft allmählich abnimmt. Auf Grund der Wirkung der Feder 67 und durch das auf den Schließkörper 19 einwirkende Fluid, wobei die entsprechenden Kräfte in den Kurven 81 und 69 dargestellt sind., wird die Stellung des Schließkörpers allmählich in Öffnungsrichtung verändert, was die Kurve 73 veranschaulicht. Demzufolge wird der Schließkörper 19 allmählich aus der anfänglich dichtenden Anlage an dem Sitzteil 11 herausbewegt, und es bildet sich ein allmählich anwachsender Fluidstrom, der das Ventil nach oben durchströmt.It is now assumed that the controlling air pressure is gradually decreased, whereby the closing force is gradually decreased. Due to the action of the spring 67 and the fluid acting on the closing body 19, the corresponding Forces shown in curves 81 and 69., The position of the closing body is gradually in the opening direction changed, which curve 73 illustrates. As a result, the closing body 19 gradually changes from the initially sealing one System on the seat part 11 moves out, and it forms a gradually increasing fluid flow, which the valve upwards flows through.
Gemäß der Kurve 69 nimmt die Öffnungskraft bzw. die durch das Fluid auf den Schließkörper 19 ausgeübte Kraft allmählich ab, wenn die Schließkörperstellung fortwährend in Öffnungsrichtung verändert wird. Dies geschieht solange, bis eine Schließkörperstellung erreicht ist, in der die Schließkörperkraft durch einAccording to the curve 69, the opening force or the through the Fluid exerted on the closing body 19 force gradually decreases when the closing body position is continuously in the opening direction is changed. This continues until a closing body position is reached in which the closing body force is through a
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Minimum hindurchgeht. Dies tritt im Punkt 91 der Kurve 69 auf. Danach ruft eine weitere Bewegung des Schließkörpers in Öffnungsrichtung ein erneutes Anwachsen der Schließkörperkraft hervor. Dieser Durchgang durch einen Minimalwert gibt der Schließkörperkraft die zuvor erwähnte bistabile Charakteristik, was durch den Minimumwert der Kurve 69 veranschaulicht ist.Minimum passes through. This occurs at point 91 on curve 69. Then another movement of the closing body calls a renewed increase in the closing body force in the opening direction emerged. This passage through a minimum value gives the closing body force the aforementioned bistable Characteristic, which is illustrated by the minimum value of curve 69.
Die zuvor erwähnte bistabile Charakteristik der Kurve 69 spiegelt sich natürlich in der resultierenden Kurve 71 für die Öffnungskraft wieder, indem die Kurve 71 in einem kritischen Punkt 93 durch einen entsprechenden Minimalwert verläuft. Dieser kritische Punkt 93 liegt ungefähr bei einer 55°-öffnungsstellung des Ventils. Es wird hierbei ein unstabiler Bereich gebildet, der durch den gestrichelten Abschnitt 95 unter den Kurven 71 und 73 veranschaulicht ist.The aforementioned bistable characteristic of curve 69 is of course reflected in the resulting curve 71 for the opening force again, in that the curve 71 runs through a corresponding minimum value at a critical point 93. This critical point 93 lies approximately at a 55 ° open position of the valve. It becomes an unstable one here Area formed, which is illustrated by the dashed section 95 under the curves 71 and 73.
Wie zuvor erwähnt, kann der Schließkörper 19 bei Stellungen in dem unstabilen Bereich 95 bei jedem Wert des steuernden Luftdruckes mehr als eine Stellung einnehmen, wie dies die Kurve 73 darstellt. Demzufolge ist bei Schließkörperstellungen in dem Bereich 95 die Schließkörperstellung nicht länger eindeutig dem Wert des steuernden Luftdruckes zugeordnet, und die Steuerung der Schließkörperstellung und des Öffnungsgrades des Ventils geht verloren. Bei dem betrachteten Beispiel ist daher der steuerbare Bereich der Schließkörperstellungen bei einem Punkt 97 zu Ende, der einer Schließkörperstellung von ungefähr 47° entspricht, wobei der Schließkörper 19 nicht über diesen Punkt hinaus geöffnet werden kann, sofern die Steuerung der Schließkörperposition durch den Antrieb aufrechterhalten bleiben soll. Die maximal ausnutzbare Schließkörperöffnung im vorliegenden Beispiel liegt demnach bei ungefähr 47°. Die steuerbare Schließkörperöffnung könnte natürlich bis zu dem Punkt 93 erstreckt werden, der einer 55°-Steilung entspricht, indem ein geeigneter Anschlag zur Begrenzung der Bewegung des Schließkörpers bis zu der 55°-Stellung vorgesehen wird.As mentioned above, the closing body 19 can in positions assume more than one position in the unstable region 95 for each value of the controlling air pressure, as this is the case Curve 73 represents. Consequently, in the case of closing body positions in the area 95, the closing body position is no longer unambiguous assigned to the value of the controlling air pressure, and control of the closing body position and the degree of opening of the valve is lost. In the example considered Therefore, the controllable range of closing body positions ends at a point 97, that of a closing body position of approximately 47 °, the closing body 19 not being opened beyond this point can be, provided that the control of the closing body position is to be maintained by the drive. The maximum The usable closing body opening in the present example is therefore approximately 47 °. The controllable closing body opening could of course be extended to point 93, which corresponds to a 55 ° division, by a suitable stop to limit the movement of the closing body up to the 55 ° position.
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Bei vorhandenem Flügelglied 45 sei erneut angenommen, daß der Schließkörper in der Ausgangslage die O°-Stellung einnimmt, in der gemäß den Fig. 1 bis 3 das Ventil geschlossen ist. Bei dieser Schließkörper stellung übt wie zuvor die Feder 67 eine Öffnungskraft mit einem Wert aus, der durch den Punkt 83 der Kurve 81 veranschaulicht ist. Ebenso übt wiederum das Fluid eine öffnungskraft mit einem Wert aus, der durch den Punkt 85 veranschaulicht ist, welcher beiden Kurven 69 und 75 gemeinsam ist. Diese beiden öffnungskräfte setzen sich zu einer resultierenden Öffnungskraft mit einem Wert zusammen, der erneut durch den Punkt 87 veranschaulicht ist, welcher den beiden Kurven 71 und 77 gemeinsam ist. Erneut wird zu diesem Zeitpunkt die erwähnte Schließstellung des Schließkörpers 19 durch eine Schließkraft mit einem Wert aufrechterhalten, der durch den Punkt 89 veranschaulicht ist, welcher beiden Kurven 73 und 79 gemeinsam ist. Wie im Falle der Kurven 73 und 71 ist die Kurve 79 ein Spiegelbild der Kurve 77.If the wing member 45 is present, it is again assumed that the closing body is in the 0 ° position in the starting position, in which according to FIGS. 1 to 3, the valve is closed. In this closing body position, the exercise as before Spring 67 from an opening force with a value by point 83 of curve 81 is illustrated. Likewise, the fluid again exerts an opening force with a value which is illustrated by point 85, which two curves 69 and 75 are common. These two opening forces put themselves to a resulting opening force with a Value together, which is again illustrated by the point 87, which is common to the two curves 71 and 77. Again at this point in time the mentioned closed position of the closing body 19 is maintained by a closing force with a value which is illustrated by the point 89, which two curves 73 and 79 are common. As in the case of curves 73 and 71, curve 79 is a mirror image of curve 77.
Es sei nun angenommen, daß der steuernde Luftdruck allmählich reduziert wird, wodurch die Schließkraft allmählich abnimmt und die Schließkörperstellung gemäß der Kurve 79 allmählich in Öffnungsrichtung verändert wird. Infolgedessen wird der Schließkörper 19 erneut allmählich aus seiner dichtenden Anlage an dem Sitzteil 11 in Richtung auf die Offenstellung gemäß Fig. 5 herausbewegt, wodurch der Fluidstrom allmählich anwächst und das Ventil nach oben durchströmt.It is now assumed that the controlling air pressure is gradually reduced, whereby the closing force gradually decreases and the closing body position is gradually changed in the opening direction according to curve 79. As a result, the Closing body 19 again gradually out of its sealing contact with the seat part 11 in the direction of the open position 5 moved out, whereby the fluid flow gradually increases and flows through the valve upwards.
Gemäß der Kurve 75 nimmt die durch das Fluid erzeugte öffnungskraft erneut allmählich ab, wenn die Schließkörperstellung allmählich in Öffnungsrichtung fortschreitet. Die durch das Fluid erzeugte Kraft umfaßt nun jedoch die durch den Flügel 47 erzeugte Öffnungskraft, wodurch gemäß der Kurve 75 diese Kraft nicht länger durch ein Minimum in dem betrachteten Bereich der Schließkörperposition verläuft, sondern weiterhin allmählich bis zu dem Punkt 99 abnimmt, in dem die Kurve 75 die Nullachse durchschreitet.According to curve 75, the opening force generated by the fluid increases again gradually decreases when the closing body position gradually progresses in the opening direction. However, the force generated by the fluid now includes that generated by the wing 47 Opening force, whereby according to the curve 75 this force no longer passes through a minimum in the considered area of the Closing body position runs, but continues to gradually decrease up to the point 99, in which the curve 75 is the zero axis walks through.
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Das in der Kurve 75 fehlende Minimum der Kurve 69 führt dazu, daß die Kurve 77 für die Öffnungskraft die Nullachse in einem Punkt 101 erreicht, ohne daß irgendein Minimum oder eine bistabile Charakteristik aufgetreten wäre» Demzufolge gibt es keinen unstabilen Bereich hinsichtlich der öffnungs- und Schließkräfte bei einem steuerbaren Schließkörper-Stellungsbereich/ der sich bis zu ungefähr 75° erstreckt. Der maximal verwendbare Öffnungsbereich des Schließkörpers beim Vorhandensein des Flügels 47 übersteigt daher einen Winkel von 70°. Dies stellt eine bedeutende Leistungsverbesserung im Hinblick auf den maximal erzielbaren Öffnungsbereich von 47° bzw. 55° dar, wie er bei fehlendem Flügel 47 erreicht werden konnte.The missing minimum in curve 69 in curve 75 leads to that the curve 77 for the opening force reaches the zero axis at a point 101 without any minimum or a bistable Characteristic would have occurred »As a result, there is no unstable area in terms of opening and closing Closing forces with a controllable closing body position range / which extends up to about 75 °. The maximum usable opening area of the closing body if it is present of the wing 47 therefore exceeds an angle of 70 °. This represents a significant performance improvement in terms of performance to the maximum achievable opening range of 47 ° or 55 °, as it could be achieved with missing wing 47.
Es liegt auf der Hand, daß die vorstehend gemachten Aussagen auch gültig sind, wenn der steuernde Luftdruck benutzt wird, um das Ventil entgegen der Kraft der Feder zu öffnen. Auch in diesem Fall vergrößert der Flügel 47 den Bereich hinsichtlich der Stellungen des Schließkörpers, in denen der Antrieb eindeutig die Schließkörperposition festlegt. Der Flügel 47 dient ferner der rotationsmäßigen Antriebsverbindung des Ringteiles 25 mit dem Ringteil 29, so daß die Welle 39 beide Teile 25 und 29 gemeinsam antreibt. Der Flügel 47 bewerksteiligt darüber hinaus dieses mit einer minimalen Störung des Fluidflusses durch das Ventil, wie dies aus den Fig. 3 und 5 ersichtlich ist. Es ist erkennbar, daß der Flügel 47 im wesentlichen außerhalb des Hauptflusses des Fluides liegt, um schließlich in Strömungsrichtung gemäß Fig. 5 zu liegen.It is obvious that the statements made above are also valid when the controlling air pressure is used, to open the valve against the force of the spring. In this case too, the wing 47 enlarges the area with respect to the positions of the closing body in which the drive clearly defines the closing body position. The wing 47 also serves the rotational drive connection of the ring part 25 with the ring part 29, so that the shaft 39 both parts 25 and 29 drives together. The wing 47 accomplishes moreover, this with a minimal disturbance of the fluid flow through the valve, as can be seen in FIGS is. It can be seen that the wing 47 is substantially out of the main flow of the fluid finally to lie in the flow direction according to FIG.
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